マイクロスケールでの摩擦は予想外に滑り速度に依存する

原子スケールでの摩擦は、XNUMX つの表面が互いに通り過ぎる速度に依存するようです。 この驚くべき挙動は、原子間力顕微鏡 (AFM) の先端がグラフェン コーティングに沿って移動するときに観察されました。スイスのバーゼル大学とイスラエルのテルアビブ大学の研究者は、グラフェンの格子構造の不一致によって引き起こされる表面の波形が原因であると述べています。 . この発見は、摩擦力が異なる速度域で異なる大きさになるという観察とともに、超低摩擦を必要とする衛星や宇宙望遠鏡のハードディスクや可動部品などのデバイスに応用できる可能性があります。

日常の巨視的な物体では、摩擦は滑り速度に依存しない (クーロンの法則による) か、滑り速度に線形に依存します (粘性媒体など)。 しかし、原子スケールでは事情が異なります。 新しい作品では、チームが主導しました エルンスト・マイヤー スイス・ナノサイエンス研究所 と バーゼル大学物理学科 原子間力顕微鏡 (AFM) がプラチナ基板上のグラフェン (ハニカム状に配置された炭素原子の 2D 形式) の層を移動する速度を測定しました。

モアレ超格子

彼らが報告する彼らの実験では、 ナノの手紙、マイヤーと同僚は、グラフェンがモアレ超格子として知られる超構造を形成することを発見しました。 これらの構造はもはや完全に平坦ではなく、それらが生成する摩擦は速度領域に応じてさまざまな方法でスケーリングされます。

による原子論的分子動力学シミュレーションによると オデッド・ホッド および マイケル・アーバフテルアビブの研究グループによると、効果の背後にあるメカニズムは、AFM の先端がグラフェン/プラチナ界面に沿って移動する際のモアレ超格子の尾根での変形に由来します。 先端は隆起部を押すと弾性変形を誘発し、前方にスライドして先端から離れると隆起部が緩和されます。

低い AFM スキャン速度では、摩擦力は小さく、一定のままです (巨視的な挙動を連想させます)、と Hod は説明します。 ただし、特定のしきい値速度を超えると、対数的に増加します。 「このしきい値は、モアレ上部構造のサイズが大きいほど低くなり、界面のねじれ角を介してクロスオーバー値を調整できます」と Hod は言います。

「実用化への明確なメッセージ」

「私たちの調査結果は、実用化への明確なメッセージを提供します」と Urbakh は付け加えます。 「二次元材料コーティングを使用して超低摩擦を実現するには、小規模なモアレ パターンを生成する方法で準備する必要があります。」

量子効果により、マグネテンは驚くほど滑りやすくなります

研究者らは、彼らが観察したメカニズムは、粒界が存在する多結晶材料にも関連している可能性があると述べています。 彼らは、今後の作業でこれらをより詳細に研究する予定です。 「この場合、摩擦エネルギーの散逸は粒界の寄与によって支配されます」と Hod は言います。 物理学の世界. 「たとえば、一般的な物理的直感とは対照的に、摩擦が外部の垂直荷重で減少する独自の負の摩擦係数領域を調査することにより、粒界摩擦を排除する方法を見つけるつもりです。」

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/friction-at-the-microscale-depends-unexpectedly-on-sliding-speed/